双测头接触式手动坐标测量机床

　　为了测量如图1所示的轮廓尺寸,常采用下述方法:选定一个基准面P,然后测量离基准面P不同距离L处的尺寸W。这就要求除了测量W外,还要同时测量出L。目前在工程实际中完成该种方法的测量手段主要有3种:一是通过划线测量,在离基准面P距离L处用划线尺划线,然后用卡尺之类的量具在划线处测得尺寸W,这种方法简单易行,但测量不精确。二是采用接触式坐标测量机床,通过测量图1中A和B两点的坐标而得到尺寸W,这种方法测量精确,但测量时间长,效率低。三是采用光学投影仪,也是通过测量图1中A和B两点的坐标而得到尺寸W。这种方法测量精确,效率较高,但要求被测点应在最大轮廓处,否则投影在阴影区内,无法测得。

　　虽然三坐标测量机在针对图1所示的外形轮廓的测量中显得很笨拙,且需要一定工作的后处理[1],但三坐标测量机以其应用广泛,备受青睐。因此,本文在现有三坐标测量机的基础上,提出了一种双测头接触式坐标测量机床。它保留了现有接触式坐标测量机床的坐标测量功能,同时还可以快速有效地完成轮廓尺寸的测量。

　　1　机构设计

　　在机构选型设计方面上,我们拟定的原则是:在现有接触式坐标测量机床的结构上增加一个测头,采用双测头;两测头至少有一个坐标方向的运动相互独立,使之可同时测量两个点的坐标,突破现有接触式坐标测量机床采用一个测头进行逐点测量的局限性,从而快速得到被测尺寸。

　　目前三坐标测量机的结构形式极其多样,但归纳起来有以下6种[2,3]:悬臂式、水平臂式、单立柱式、双立柱式、龙门式和桥式。仔细研究这6种坐标测量机结构形式的优缺点,龙门式以及双立柱悬臂式测量机的结构形式比较适合于双测头接触式坐标测量机床。双立柱悬臂式测量机的结构形式的优点是:视野宽阔,工作空间大,适合测量大型工件。缺点是占地面积大,操作不便。双测头接触式坐标测量机床采用这种结构的话,则需在X方向上加上一同步装置,使两立柱在X方向上联动,以达到测量外形轮廓的目的。龙门式双测头接触式坐标测量机的优点是体积小,操作方便,但工作空间受限制,适合于测量小型工件。

　　本文所采用的结构形式如图2所示,它是一种手动的双测头接触式坐标测量机床,在坐标方向的运动控制和测头的接触感知完全由人工完成。工作台2在底座1上;龙门架3可沿着底座1上的导轨前后运动;拖板7固定安装在龙门架3上,横梁5可沿着拖板7上的导轨上下运动;测头4、8安装在横梁5上的同一根滑杆上(不需要使用滚珠丝杠螺母副),两测头的运动由手来推动完成;龙门架3和横梁5的运动分别由手柄10、6带动滚珠丝杠螺母副来完成;两测头的形状可为直角弯头型,以便能测量内凹点的坐标;各坐标方向的坐标测量由位移传感器加测量电路完成。测量电路原理如图3所示。